Sicherer Leichtbau

Faserschädigung bei Auslegung von LFT-Bauteilen

Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart forscht gemeinsam mit dem Unternehmen CAE Innovative Engineering an einer neuen Methode zur zuverlässigen Vorhersage der Struktureigenschaften von Bauteilen aus langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT).

Elementweise Berücksichtigung der Fasermikrostruktur bei der Berechnung der anisotropen mechanischen Eigenschaften. © IKT

Beim Spritzgießen langfaserverstärkter Thermoplaste werden die Fasern durch die wirkenden hydrodynamischen Kräfte geschädigt. Da sowohl die Steifigkeit als auch die Festigkeit und Schlagzähigkeit eine Funktion der vorliegenden Faserlänge sind, lassen sich insbesondere Bauteile aus langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) mithilfe bestehender Simulationsmethoden nicht zuverlässig auslegen. Im Rahmen eines Kooperationsprojekts forscht das IKT gemeinsam mit der CAE Innovative Engineering, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), an einer neuen Methode zur Vorhersage von LFT-Bauteilen auf Basis der Mikromechanikmodellierung. Es soll eine verbesserte Bauteildimensionierung und verlässlichere Vorhersage der Struktureigenschaften von LFTs ermöglicht werden.

Ziel ist die Berücksichtigung der verarbeitungsbedingten Fasermikrostruktur von LFTs (inklusive Schädigung) innerhalb der Vorhersagemodelle für die anisotropen Werkstoffeigenschaften. Mithilfe der neuen Auslegungsmethodik soll es möglich werden, die lokale Faserlänge und Faserorientierung zu berücksichtigen. Hierzu wird die Steifigkeitsberechnung um die elementweise Faserlänge und die Festigkeitsberechnung um ein Modell basierend auf der kritischen Faserlänge erweitert. Als Versagenskriterium wird die kritische Dehnung herangezogen, die auf Basis der Schallemissionsanalyse an Zugprüfkörpern ermittelt wird.

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